Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрений

пшеницу, доза внесения в расчете на металл 0,1; 1; 10 мг/кг почвы.

Наибольшая концентрация ртути наблюдалась через 30 дней, затем несколько

снизилась, оставаясь в среднем постоянной, но при этом превышала фон в

5...10 раз.

Закономерное накопление кадмия растениями в зависимости от основных

почвенных факторов характеризуется схемой, предложенной в работе (Рэуце К.,

Кырстя С., 1986).

Загрязнение сельскохозяйственных угодий кадмием складывается из

нескольких составляющих. Во-первых, это атмосферное поступление. В

промышленно-развитых районах в среднем в год выпадает 0,2...9кг/км2

кадмия (Петрухин В.А., 1986).

Второй источник поступлений - осадки городских сточных вод. Обширная

информация по данному вопросу предоставлена в ряде работ (Покровская С.Ф.,

1981; Гольдфарб Л.Л., Туровский Н.С., Беляев С.Д., 1983; Касатиков В.А.,

1984; Алексеев Ю.В, 1987).

И, наконец, третий источник - это минеральные удобрения. Так, в ФРГ со

средними дозами фосфорных удобрений в год поступает 3...5 г кадмия на 1га

(Sauerbeck D., 1980). В связи с этим фермы-производители приняли решение о

введении нормы на содержание кадмия в удобрениях, которая составляет 90

мг/кг (Stadelmann F.X., 1983).

Однако, оценивая минеральные фосфорные удобрения и ОСВ как

потенциальный источник загрязнения тяжелыми металлами Г.А. Соловьев и А.В.

Голубев (1981) подчеркивали, что необходимо исходить из их мобильности и

доступности растениям. Она зависит как от рН почвы, содержания

органического вещества и сопутствующих элементов, в частности, кальция,

цинка, формы кадмия. Среди процессов, играющих важную роль в поступлении

кадмия в растения, является диффузия. Чем ниже рН почвенного раствора, тем

выше коэффициент диффузии кадмия.

Насыщение почв ионами H+ приводит к увеличению диффузии по сравнению с

естественными почвами, но внесение кальция снижает подвижность его в почвах

(Алексеев А.А., Зырин Н.Г., 1980). Исследованиями (Klein-Landenkoff U.,

1986) было доказано, что внесение ОСВ в качестве органического удобрения

показало защитные механизмы почвы. Этому способствовало внесение

известковых удобрений. Доза 85-170 ц/га снижала поступление кадмия в

растения на 20-30%. Другие авторы (Bidwell A.M., Dowdy R.H., 1987)

отмечали, что внесение в 15 см слой почвы до 25,2 кг/га кадмия в составе

осадков сточных вод (в течение 3-х лет) повысило содержание данного

элемента в зерне до 5,18 мг/кг. Однако, другими исследователями не

отмечалось негативное действие кадмия, содержащегося в осадках сточных вод.

Так, 39-летние исследования не выявили существенных изменений в химическом

составе растений (Wedder M.D., 1987).

Тяжелые металлы находятся в почве в различной форме. Они могут

включаться в твердую фазу почвы, находиться в виде свободных ионов в

почвенных растворах, в виде растворимых органоминеральных комплексов или

адсорбированными на коллоидных частицах. Сульфокислоты образуют растворимые

хелаты металлов в широком диапазоне рН, увеличивая, таким образом, их

растворимость. Эти комплексы, обычно, более стабильны, чем аналогичные

комплексы гуминовых кислот (Kieken L., 1983), которые также играют роль

депонента тяжелых металлов.

Поступление тяжелых металлов в растения зависит от многих факторов.

Имеются данные, позволяющие вывести определенную закономерность между

накоплением и принадлежностью к семейству, биологическими особенностями

вида, сорта.

По данным Kuboi T., Noguchi A. (1986), наиболее устойчивыми к

накоплению кадмия оказались бобовые. Умеренно накапливали этот ион

злаковые, лилейные, тыквенные и зонтичные. Большие концентрации кадмия

отмечались у крестоцветных, пасленовых, сложноцветных, маревых. Однако,

такое деление оказалось довольно условным. Испытание разных доз кадмия (от

1 до 300 мг/кг субстрата) показало, что внутри каждой группы каждого

семейства наблюдается устойчивость к данному элементу. Турнепс не проявлял

признаков токсикоза даже при максимальной дозе, в то время как репа уже при

30 мг/кг проявляла признаки токсикоза.

М.С. Паниным (1980) предложен несколько иной подход к данной проблеме,

но основывающийся опять-таки на способности накопления того или иного

элемента растениями. По его данным, по среднему уровню накопления

определенного элемента в теле растения по отношению к разным ионам разные

семейства можно расположить так: Со сложноцветные, злаковые, лебедовые,

розоцветные, бобовые; Си сложноцветные, злаковые, лебедовые, бобовые,

розоцветные, крестоцветные; Mo - бобовые, злаки, сложноцветные,

крестоцветные, гречишные.

По реакции сельскохозяйственных растений к различным металлам

существует также и сортовая специфичность, которая закреплена

генетически.

Исследованиями Brune H. (1984) было показано, что 10 сортов салата,

выращиваемых в песке при одинаковой концентрации кадмия в питательной

среде, равной 0,1 мг/л, накапливали разное количество кадмия - 0,4 до 26

мг/кг.

У растений в условиях загрязнения интенсивно работают механизмы

защиты, которые предохраняют до определенного момента надземные органы от

поступления избыточного количества тяжелых металлов (Ильин В.Б., Степанова

М.Д., 1980). При всем этом действие токсикантов при высокой их концентрации

может все же усиленно проникать в растения. Однако степень накопления в

различных частях растений будет различная (Ильин В.Б., Гармаш Г.А.,1981).

Наиболее сильно идет накопление свинца в корневой системе, причем

количество ионов металла может превышать контроль более, чем в 7 раз. В

меньшей степени его накапливают листья и репродуктивные части растений. Это

объяснимо тем, что в процессах метаболизма в растениях образуются

разнообразные органические соединения с хелатирующими свойствами. При

проникновении ионов тяжелых металлов в корни происходит их связывание и,

как следствие, снижение подвижности.

Таким образом, имеющиеся научные материалы отечественных и зарубежных

исследователей свидетельствуют о том, насколько сложна данная проблема. В

мире идет интенсивный поиск путей утилизации возрастающего количества

осадков городских сточных вод – продуктов жизнедеятельности человека, а так

же других видов отходов городского коммунального хозяйства. Имеющиеся

литературные данные по вопросам использования ОСВ в качестве удобрений

нельзя автоматически переносить не наши почвенно-климатические условия, а

по отдельным разделам, например, влияние ОСВ на состав почвенных растворов

и т.д. материалов практически не имеется. С учетом вышеизложенного, целью

наших исследований было изучить возможности использования осадков сточных

вод г. Курска в качестве удобрений.

Глава 2. Методика и условия проведения исследований.

2.1 Методика исследований

Исследования проводились на опытном поле Курской государственной

сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова в 1996-1998г.г.

Почва темно-серая лесная среднесуглинистая.

Полевые исследования проводились по следующей схеме (табл.1)

Таблица 1

1. Схема проведения опыта:

1. Контроль (без удобрений, без ОСВ)

2. 20 т/га ОСВ

3. 20 т/га ОСВ + N30P30K30

4. 20 т/га ОСВ + N60P60K60

5. 20 т/га ОСВ + 5 т/га извести

6. N60P60K60

В полевых опытах размещение вариантов было рендомизированным методом.

Повторность опыта шестикратная. Размер делянок 1,0 м х 1,0 м = 1 м2.

В исследованиях использовали методики, принятые в опытах по

растениеводству, земледелию, почвоведению и агрохимии.

Перед закладкой опыта проводили анализ почвы:

а) Содержание гумуса в почве – по Тюрину;

б) рН солевой вытяжки – потенциометрическим методом;

в) Гидролитическая кислотность (Нг) – по Каппену;

г) Сумма обменных оснований (Sосн.) – по Каппену-Гильковицу;

д) Степень насыщения основаниями – расчетным способом (Практикум по

агрохимии, 1987);

е) Подвижные: фосфор (Р2О5) и калий (К2О) – по Чирикову;

ж) Общий азот – по Къельдалю;

и) Азот щелочногидролизуемый – по Корнфилду

Все перечисленные выше методы описаны в следующих учебных пособиях и

практикумах: «Агрохимические методы исследования почв» (1965); «Практикум

по почвоведению» (И.С. Кауричев, 1973); «Руководство по химическому анализу

почв» (Е.В. Аринушкина, 1970); «Практикум по агрохимии» (Л.В.

Петербургский, 1968; А.С. Радов и др., 1985; Б.А. Ягодин и др., 1987).

Тяжелые металлы в ОСВ и почве (цинк, медь, никель, кобальт, хром,

свинец), а также в растениеводческой продукции (кадмий, свинец, цинк, медь,

ртуть, мышьяк) определяли по Е. Сенделу, 1996г.

Доза внесения ОСВ и минеральных удобрений подобраны таким образом,

чтобы не допустить загрязнения почвы тяжелыми металлами и из расчета

поддержания бездефицитного баланса гумуса. Возделывались

сельскохозяйственные культуры со следующим чередованием их в звене

севооборота: 1) клевер; 2) озимая пшеница; 3) кукуруза.

Осадка сточных вод было внесено 20 т/га, минеральных удобрений из

расчета N30P30K30 и N60P60K60 в зависимости от варианта опыта и извести –

5 т/га. Осадок сточных вод, минеральные удобрения (аммиачная селитра,

двойной суперфосфат, хлористый калий), известь вносили по квадратам, весной

вручную под перекопку лопатой на глубину 30 см. Норма высева озимой пшеницы

– 5 млн. всхожих зерен на 1 га; кукурузы – из расчета 70 тыс. растений на 1

га и клевера – 15 кг на 1 га.

Для клевера красного определяли высоту растений и урожайность.

Определяемая структура урожая зерновых – высота растений, продуктивная

кустистость, длина колоса, число колосков и зерен в колосе, масса 1000

семян, масса надземной и незерновой части.

Анализы проводили в фазу восковой спелости зерна по среднему образцу,

взятому в течение одного дня с двух рядков длиной 55,5 см в местах по

диагонали делянки (с 1 кв. метра) в двух несмежных повторениях.

По кукурузе определяли высоту растений, длину, количество и массу

початков на одно растение перед уборкой в двух несмежных повторностях, для

чего отбирали на двух средних рядках подряд 20 растений.

Технологические и физиологические качества зерна озимой пшеницы

(натура, стекловидность, масса 1000 зерен, количество сырой клейковины и

массовую долю влаги) определяли согласно методике, рекомендованной

Госкомиссией по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Изучали не только действие ОСВ в год внесения, но и его последствие в

течение двух лет.

В период вегетации проводили ручную прополку и рыхление междурядий у

кукурузы. Для определения элементов структуры урожая по зерновым отбирали

пробные снопы. Учет урожая – весовым методом.

Сорта и гибриды, высеваемые в опыте: клевер красный – Макаровский

местный; озимая пшеница – Мироновская 808; кукуруза – Коллективный 181

(приложение 2).

Экспериментальные исследования проводили на кафедре неорганической и

аналитической химии и межфакультетской химической лаборатории Курской ГСХА,

государственной станции агрохимической службы «Курская», а также

испытательной химико-технологической лаборатории Курского центра

стандартизации, метрологии и сертификации.

Полученные экспериментальные данные во всех опытах обработаны методом

дисперсионного анализа на ЭВМ.

2.2 Условия проведения опытов

2.2.1 Краткая характеристика почвенных условий

Курская область расположена на западе Центрального Черноземья и

относится к Средне-Русской провинции лесостепной зоны, для которой

характерны два типа почв: черноземы и серые лесные почвы. Почвенный покров

повсеместно сформировался на лессовидных отложениях суглинистых по

гранулометрическому составу и богатых основными элементами питания.

Физические и химические свойства лессовидных пород способствуют образованию

на них плодородных почв.

В области Черноземы занимают 1460 тыс. га или 74%, а серые лесные

почвы – 482 тыс. га или 24,5% (Муха В.Д. и др., 1992).

На долю светло-серых лесных почв на территории области приходится

3,6%, а серые и темно-серые лесные почвы занимают 10,4 и 10,6%

соответственно. Поскольку исследования проводились на темно-серой лесной

почве, то остановимся на ее характеристике более подробно.

По своим физическим и химическим свойствам и уровню плодородия серые

лесные почвы значительно отличаются от черноземов. Они имеют повышенную

кислотность и нуждаются в известковании. Пахотный слой имеет распыленную

структуру, поэтому при увлажнении почвы заплывают и при высыхании на

поверхности образуют корку. Период физической спелости у них значительно

короче, чем у черноземов, что создает дополнительные организационные

трудности при их обработке.

Среди лесных почв лучшими и наиболее распространенными на территории

области являются темно-серые лесные. По своему строению, свойствам и

плодородию темно-серые лесные почвы стоят близко к черноземам оподзоленным.

Гумусовый горизонт темно-серых лесных почв значительно мощнее, чем у серых

и колеблется от 40 до 60 см. Гумуса в пахотном слое темно-серых лесных почв

содержится 3-5%, фосфором и калием растения на этих почвах обеспечены

средне, а азотом недостаточно. Они пригодны для возделывания всех полевых

культур, районированных в зоне (Д.А. Лепнев, 1968).

Опытный участок расположен на водоразделе. Рельеф опытного участка

ровный, склон северо-восточной экспозиции не превышает 1-2(, имеются

незначительные микропонижения. Почвенный покров однородный и представлен

темно-серыми лесными почвами среднесуглинистого гранулометрического

состава.

Морфологическое описание почвенного профиля темно-серой лесной почвы

опытного участка характеризуются следующими показателями:

|А1 |0-30 см |Темно-серый, среднесуглинистый, зернисто-пылеватый, |

| | |плотный, по окраске однородный. Пахотный горизонт не |

| | |обозначается, густо пронизан корнями растений. |

|А1–А2 |30-60 см |Серый с обильной кремнеземистой присыпкой, сложение |

| | |плотное, ореховатая структура, переход заметный с |

| | |затеками, неровный. Встречается много корней. |

|В1 |60-100 см |Буроватый с затеками гумуса, тяжело суглинистый с хорошо|

| | |выраженной кремнеземистой присыпкой. Сложение плотное, |

| | |структура ореховато-призматическая, переход постепенный.|

| | | |

|ВС |100-130 см |Лессовидный суглинок, заметна кремнеземистая присыпка. |

| | |Тяжелосуглинистый, рыхлый, комковато-ореховатый, переход|

| | |постепенный. |

|С |130-160 см |Лессовидный желтый суглинок, рыхлый, ореховатый. |

| |и ниже |Мелкопористый, среднесуглинистый. Не вскипает. Весь |

| | |почвенный профиль сухой. |

Водопрочность структуры и водопроницаемость почвы невысокая, поэтому

она склонна к уплотнению и заплыванию.

Почва по содержанию гумуса относится к слабоокультуренным. Процент

гумуса и общего азота резко уменьшается по профилю. Реакция почвы пахотного

слоя (рН) меньше 5, а с глубиной несколько возрастает. В пахотном слое

довольно значительна величина гидролитической кислотности и низкая величина

суммы обменных оснований, степень насыщенности почв основаниями возрастает

по профилю. Величина гидролитической кислотности соответствует почвам

средней нуждаемости в известковании. Обеспеченность подвижными формами

фосфора и калия высокая и повышенная, поэтому они не являются лимитирующим

фактором.

2.2.2 Агроклиматические ресурсы и метеоусловия в годы проведения

опытов

Рост и развитие сельскохозяйственных культур в значительной степени

зависит от погодных условий, складывающихся в период вегетации растений.

Климат Курской области умеренно-континентальный. Годовой приход солнечной

радиации равен 89 ккал/см2. По сезонам это тепло распределяется следующим

образом: зима – 7, весна – 29, лето – 40 и осень – 13 ккал/см2.

Годовая сумма осадков составляет 533-640 мм., но их распределение

неравномерно и в отдельные годы наблюдаются засухи и суховеи, которые при

цветении растений оказывают отрицательное влияние. На теплый период с

преобладанием жидких осадков приходится 65%, а на холодный с преобладанием

твердых осадков 35% их годового количества.

Сумма активных температур воздуха (2300-2450(С) достаточна для

выращиваемых сельскохозяйственных культур. По данным метеостанции Курск,

расположенной в 4 км от опытного поля, среднегодовая температура воздуха

составляет 5,4(С с колебаниями от 3,8 до 7,3(С. Самым холодным месяцем

является январь, среднемесячная температура которого –8,6(С, а самым теплым

– июль со среднемесячной температурой 19,3(С. Продолжительность теплого

периода со среднемесячной температурой выше 0(С (с 27 марта по 11 ноября) –

229 дней, вегетационного со среднемесячной температурой выше 5(С (с 13

апреля по 18 октября) – 188 дней, период активной вегетации со

среднесуточной температурой выше 10(С равен 152 дням (с 29 апреля по 27

сентября). Средняя дата последнего весеннего заморозка 27 апреля, а первого

– осеннего 9 октября.

Температура воздуха за время проведения опытов была различна. Так,

например, средняя температура воздуха за 1996 г. ниже на 0,2(С или 4,7%; за

1997 г. выше на 0,1(С или 1,8% и за 1998 г. уже выше на 0,7(С или 12,9% по

сравнению со средней многолетней соответственно.

Осадки по годам проведения опытов распределились неравномерно. В 1996

г. выпало 580 мм осадков, что приблизительно соответствует среднему

многолетнему значению. В 1997 г. осадков выпало 767 мм, что на 30,6%

больше, по сравнению со средним многолетним значением, а в 1998 г. осадков

выпало 681,5 мм, что на 16,1% выше среднего многолетнего значения.

Метеорологические условия в годы проведения исследований представлены

в приложении №1.

2.3 Формула расчета допустимого внесения осадка сточных вод в почву

Принцип расчета основан на том, что после внесения ОСВ суммарное

содержание токсикантов в почве (с учетом рассеивания в пахотном слое) не

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

МЕНЮ

Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрений

ИНТЕРЕСНОЕ